10 th Nemzetközi Junior Természettudományi Olimpia, Pune, India. Gyakorlati forduló A B + C + feladat: Tej (20 pont) A kísérletezés szabályai:

Átírás

1 B feladat: Tej (20 pont) A kísérletezés szabályai: 1. Semmi mást nem hozhattok be, csak a személyes gyógyszereiteket vagy egészségügyi felszereléseiteket. 2. A kijelölt asztalnál kell tartózkodnotok. 3. Mielőtt a kísérletezés elkezdődik, ellenőrizétek a felszerelést és az eszközöket (toll, vonalzó, számológép), amit a szervezők biztosítottak a számotokra! 4. Ellenőrizzétek a feladatlapokat és a válaszlapokat! Jelentkezzetek, ha bármelyik lap hiányzik! Csak a szervezőktől kapott jelet követően kezdhettek dolgozni! 5. A verseny alatt nem szabad elhagyni a termet, kivéve, ha vészhelyzet adódik és ekkor a vizsgát felügyelő/önkéntes/vizsgabiztos kísér el benneteket. 6. Ne zavarjátok a többi versenyzőt, illetve ne szakítsátok meg a versenyt! Ha bármilyen segítségre van szükségetek, jelezzetek a kezetekkel, és a hozzátok legközelebbi felügyelő odajön segíteni. 7. Ne kérdezzetek és ne beszélgessetek a versenyfeladatokról mással, mint a csapat többi tagjával! A verseny végéig az asztalotoknál kell maradnotok még akkor is, ha már elkészültetek, vagy ha nem akartok tovább dolgozni. 8. Jelezni fognak, ha vége a versenynek. Ezután már nem írhattok semmit a válaszlapra. Miután összeszedték a válaszlapokat, csendben hagyjátok el a termet! Page 1

2 Figyelmesen olvassátok el a következő instrukciókat! 1. Végig viseljétek a védőfelszerelést, amíg a vizsgateremben tartózkodtok! Mindig viseljétek a köpenyt, a védőszemüveget és a kesztyűt, amíg a kísérleti fordulót csináljátok! 2. Óvatosan kezeljetek minden felszerelést és vegyszert! 3. Semmilyen anyagot ne kóstoljatok vagy szagoljatok meg! 4. Ha megfelelően kezelitek, minden vegyszer biztonságos. 5. Tartsátok távol a folyadékoktól a feladatlapot és a válaszlapot! 6. Minden elhasznált anyagot és papírt dobjatok a biztosított hulladéktárolóba! 7. Azonnal szóljatok a vizsgabiztosnak/önkéntesnek/felügyelőnek, ha bármi baleset, sebesülés történik, még ha nagyon kicsi is. 8. Az étkezés szigorúan tilos a gyakorlati feladat teljes időtartama alatt! 9. Dolgozzatok biztonságosan, legyetek szociálisak és tartsátok tisztán a felszereléseteket és a munkakörnyezeteket. Fogjátok vissza a hangotokat, amikor a csapattársatokkal beszélgettek! 10. Engedély nélkül nem hagyhatjátok el a vizsgahelyszínt. Ha vécézni kell, szóljatok a vizsgabiztosnak/felügyelőnek/önkéntesnek! 11. Csak a START utasítást követően kezdhettek dolgozni órátok van elvégezni a gyakorlati feladatokat és rögzíteni az eredményeiteket a válaszlapokon. Azonnal hagyjátok abba a munkát, amikor a STOP utasítás elhangzik! 13. Ellenőrizzétek, hogy a csapat teljes csomagot kapott a feladatsorokból (3 példány) és kétfajta válaszlapot (1 fehér a piszkozatnak és 1 sárga a beadásra). Csak a sárga válaszlapot kell beadnotok! 14. Csak a kiadott tollat és számológépet használjátok! 15. Az ID kódot a végleges (sárga) válaszlap minden oldalára írjátok fel! Minden csapattag írja alá a végleges (sárga) válaszlap első oldalát! Page 2

3 16. Minden eredményt a válaszlap meghatározott üres helyeire kell írni! Máshova írt adatokat nem fognak értékelni! 17. A feladat befejezése után minden felszerelést tegyetek vissza az eredeti helyére! Hagyjátok tisztán a munkahelyeteket! 18. Miután a STOP utasítás elhangzott, CSAK a végső (sárga) válaszlapokat hagyjátok az asztalon a borítékon! Várjátok meg, hogy az önkéntes ellenőrizze és összeszedje. A többi papírt magatokkal vihetitek! Page 3

4 B1 B feladat: Ebben a kísérleti részben vizsgáljuk: B1 a tej pufferkapacitását B2 a tej fehérjéinek enzimatikus lebontását B3 a tej kalciumtartalmának meghatározását A tej pufferkapacitása India a világ egyik legnagyobb tejtermelő országa. Az ebből befolyó összeg nagy része a világ legnagyobb mezőgazdasági fejlesztési programjába, az Operation Flood-ba kerül, melyet Dr. Verghese Kurien, a billió-literes ötlet megálmodója és a Fehér Forradalom Atyja kezdeményezett és tart fenn. A tej számos tápanyag forrása. 87 %-ban vizet, 13 %-ban vízben szuszpendált, vagy oldott anyagot tartalmaz, melyből 3,5 % fehérje, 4,7 % szénhidrát, 4,0 % zsír és 0,8 % vitamin/ásványi anyag. A legfontosabb tejcukor a laktóz, mely vízoldható. A tejben a zsír vízben emulgeált gömböcskék formájában fordul elő. A tejben a leggyakoribb fehérje a kazein, mely az úgynevezett kazein micella részecskék szuszpenziója. Mindegyik micella több ezer kazein molekulát tartalmaz, a micellákat Ca 2+ köti össze. A kazein micellák és a zsírgömböcskék adják a tej fehér színét és verik vissza a rajta keresztülhaladó fénysugarakat. A tej gyengén savas, ph értéke 6,4 6,8. A tej megalszik, ha ph értéke 5,0-ra csökken. Ezen a ph-n a tej kazein molekulái összetapadnak és csapadékot képeznek. A tej jó pufferkapacitása közismert. Page 4

5 A következők állnak rendelkezésedre: Cimkéje Rendelkezésre álló mennyiség Tej Milk 100 ml egy piros tetejű műanyag tartóban 3%-os (V/V) ecetsavoldat AA 10 ml az AA-val jelölt mintatartóban 3%.os (w/v) nátrium-karbonát-oldat SC 10 ml az SC-vel jelölt mintatartóban Vizes palack Water 1000 ml, palackban 100 ml-es főzőpohár W, Exp 2 20 ml-es osztott fecskendő A 1 1 ml-es osztott fecskendő B, C 2 ph-papír, 2 10,5-ös skálájú Mosópalack 1 Üvegbot 1 2 adag Törlőkendő és hulladékvödör mindegyikből 1 A gyakorlat leírása 1. Önts vizet a vizes palackból a W főzőpohárba, amíg az gyakorlatilag tele lesz! 2. Az A fecskendővel vigyél át 40 ml vizet az Exp. főzőpohárba! 3. Mérd meg az Exp. főzőpohárban lévő víz ph-ját! Ehhez helyezd a kapott ph-papír csíkot a főzőpohárban lévő vízbe néhány másodpercre! Vedd ki a papírt és figyeld meg a színváltozását, vesd össze a színt a kapott ph-skála színével. Írd fel a ph-t a sárga válaszlapon lévő téglalapba! (B.Q1.A: 0,25 pont) 4. Mérd meg az SC mintatartóban kapott nátrium-karbonát-oldat ph-ját! Írd fel a ph értékét a sárga válaszlapon lévő téglalapba! (B.Q1.B: 0,25 pont) 5. A B fecskendővel adj 0,1 ml nátrium-karbonát-oldatot az Exp. főzőpohárban lévő vízhez! Az üvegbot segítségével keverd jól meg és a ph-papírral mérd meg a ph-ját! Írd fel az új ph-értéket a sárga válaszlapon a B.1 táblázatba! Page 5

6 6. Folytasd a 0,1 ml-es nátrium-karbonát oldatok adagolását addig, amíg az oldat ph értéke eléri a 10-et és írd fel a mért ph-értékeket a sárga válaszlapon a B.1 táblázatba! Írd fel a teljes hozzáadott nátrium-karbonát-oldat térfogatot is! (B.Q2: 1,0 pont) 7. A vizes palackot használva mosd el az Exp. főzőpoharat és az üvegbotot! A törlőkendővel töröld őket szárazra! 8. Az A fecskendővel önts 40 ml vizet az elmosott Exp. főzőpohárba! 9. Mérd meg az AA mintatartóban kapott ecetsavoldat ph-ját! Írd fel a ph értékét a sárga válaszlapon lévő téglalapba! (B.Q1.C: 0,25 pont) 10. A C fecskendőt használva a kapott ecetsavoldatból adj 0,1 ml-t az Exp. főzőpohárban lévő vízbe! Az üvegbot segítségével keverd jól meg és a ph-papírral mérd meg a ph-ját! Írd fel az új ph-értéket a sárga válaszlapon a B.1 táblázatba! 11. Folytasd a 0,1 ml-es ecetsavoldatok adagolását, amíg az oldat ph-ja eléri a 4-et és írd fel a mért ph-értékeket a válaszlapon a B.1 táblázatba! Írd fel a teljes hozzáadott ecetsavoldat-térfogatot is! (B.Q2. 1,0 pont) 12. Mosd ki az Exp. főzőpoharat és az üvegbotot úgy, hogy nyoma sem maradjon rajta a vizsgált oldatnak! Töröld szárazra törlőpapírral! 13. Az A fecskendővel önts 40 ml tejet az elmosott Exp. főzőpohárba! 14. A ph-papír segítségével mérd meg a tej ph-ját! Írd fel a ph értékét a sárga válaszlapon lévő téglalapba! (B.Q1.D: 0,25 pont) 15. A B fecskendővel a nátrium-karbonát-oldatból adj 0,5 ml-t az Exp. főzőpohárban lévő tejbe! Az üvegbot segítségével keverd jól meg és mérd meg a ph-t! Írd fel az új phértéket a sárga válaszlapon a B.2 táblázatba! 16. Folytasd a 0,5 ml-es nátrium-karbonát-oldatok adagolását addig, amíg a tejminta ph értéke eléri 10-et! 17. Minden adagolást követően írd fel a mért ph-értéket a B.2 táblázatba a sárga válaszlapon! Írd fel a teljes hozzáadott nátrium-karbonát-oldat térfogatot is! (B.Q3: 1,0 pont) 18. Mosd el az Exp. főzőpoharat és az üvegbotot úgy, hogy ne maradjon nyoma sem az előző mintának! Töröld a törlőkendővel! 19. Használd ismét az A fecskendőt, hogy átvigyél 40 ml tejet az elmosott Exp. főzőpohárba! Page 6

7 20. A C fecskendőt használva az ecetsavoldatból adj 0,5 ml-t az Exp. főzőpohárban lévő tejbe! Az üvegbot segítségével keverd jól meg és mérd meg a ph-t! Folytasd a 0,5 ml ecetsavoldatok adagolását addig, amíg a tejminta ph-ja eléri a 4-et! 21. Írd fel a mért ph-értéket a sárga válaszlapon a B.2 táblázatba! Írd fel a teljes hozzáadott ecetsavoldat térfogatot is! (B.Q3: 1,0 pont) 22. Mosd az Exp. főzőpoharat és az üvegbotot, töröld szárazra a törlőkendővel és tartsd készen a következő feladatra! Kérdések A sárga válaszlapon a B.1 és B.2 táblázatokban tett megfigyeléseid alapján döntsd el és írd fel a válaszlapra, hogy az alábbi két állítás igaz (T = true), vagy hamis (F = false)! a) Több ecetsavoldatra van szükség a tej ph értékének 4-re csökkentéséhez, mint a víz ph értékének 4-re csökkentéséhez. b) Kevesebb nátrium-karbonát-oldat szükséges a tej ph-értékének 10-re emeléséhez, mint a víz ph-értékének 10-re emeléséhez. (B.Q4: 1,0 pont) A vízhez képest a tej jobban ellenáll az ecetsav ph-változtató hatásának. Ennek az az oka, hogy a tej komponensei: a) az OH -ionok koncentrációjának növekedését eredményezik az oldatban b) akadályozzák a szabad H + -ionok koncentrációjának növekedését az oldatban c) az CH 3 COO -ionok koncentrációjának csökkentéséhez vezetnek az oldatban Írd fel a helyes válasz betűjelét a megfelelő téglalapba a sárga válaszlapon! (B.Q5: 1,0 pont) Page 7

8 B2 A tejfehérje enzimatikus emésztése A tej átlátszatlanság-változásának mérése a tejfehérjék tripszinnel (proteáz) történő emésztésének hatására A tejhez adott tripszin elbontja a kazeint. Ez okozza azt, hogy a tej átlátszó lesz. Azzal, hogy mérjük a tej elszíntelenedéséig eltelt időt, mérhető a reakciósebesség. A méréseidhez fotodiódát fogsz használni. A fotodióda egy olyan berendezés, ami a fényt elektromos árammá alakítja, amit egy (a 10. oldalon látható) digitális multiméter segítségével mérhetsz. Fényforrásként fényemittáló diódát (LED) használhatsz. A következők állnak rendelkezésedre: Cimkéje Rendelkezésre álló mennyiség Feszültségforrás; 500 ma, 3 V 1 Akrilberendezés fotodiódával (a fényképét a 9 oldalon láthatod) Fehér LED 1 Digitális multiméter 1 Kémcső ED 1 Tej 1 Annyi, mint B1-nél Tripszin TE 5 ml kémcsőben Víz Annyi, mint B1-nél Osztott fecskendő (1 ml) TE 1 Osztott fecskendő (12 ml) W 1 Stopper 1 Cseppentő 1 Öntapadós papír Figyelem: A fehér LED-nek fehér talpa van, a kék LED-nek színes! Page 8

9 Az alábbiakban egy multiméter fényképe látható. A te multimétered lehet sárga vagy fekete. Áramméréshez a multiméter tekerőgombját tartsd ebben a tartományban! 2μA a minimális mérési határ árammérés esetén és 10 A a maximális. ~ Ha a kijelző 1-et mutat, az azt jelenti, hogy a méréstartomány nem megfelelő. Állítsd a tekerőgombot nagyobb méréstartományba. A nagyobb méréstartomány kisebb pontosságot jelent. Ehhez a kísérlethez NE használd a tekerőgombot A~V~Ω állásban! Feszültségméréshez a multiméter tekerőgombját tartsd ebben a tartományban! Áramméréshez Feszültségméréshez Stopper 1. Ha a stopper az időt mutatja, nyomd meg a MODE gombot, hogy az stopperóra módban 0:00:00-t mutasson! 2. Nyomd a SPLIT/RESET gombot, gombot, hogy a stopper hogy a stopper visszaálljon 0-ra! visszaálljon 0-ra! 3. A stopper elindításához a START/STOP gombot nyomd! 4. A stopper megállításához a START/STOP gombot nyomd! 5. Stopperóra módban az órát a START/STOP gombbal akárhányszor elindíthatod, megállíthatod! A LED helye A kémcső helye Fotodióda Stopperóra Akrilberendezés fotodiódával Page 9

10 A gyakorlat leírása 1. Rögzítsd a fehér LED-et az akrilberendezés rögzített részének kijelölt helyére, ahogyan azt a fenti fényképen láthatod! A LED szoros rögzítéséhez használhatod a kiadott öntapadós papírt! 2. Kösd a fehér LED-et a feszültségforráshoz, úgy, hogy a LED rövidebb vége csatlakozzon a fekete vezetékhez! Ezután kapcsold be feszültségforrást! A LED-nek fényesen kell világítania! 3. Állítsd a multimétert ampermérő módba és 2 ma méréshatárra! 4. Kapcsold az akrilberendezés mozgatható részén lévő fotodiódát a multiméterhez! 5. A W fecskendővel tegyél 10 ml vizet az ED kémcsőbe, használd a törlőpapírt, hogy az ED kémcső külsejét teljesen szárazra töröld! Ezt követően helyezd a kémcsövet az akrilberendezésen a megfelelő helyre! 6. Bizonyosodj meg róla, hogy a LED-ből jövő fény keresztülmegy a kémcsőben lévő vízen és a fotodiódára vetül. Úgy állítsd be a kémcsövet, hogy a címke ne essen a fény útjába! 7. Állítsd be a fotodióda és a kémcső pozícióját úgy, hogy a multiméteren leolvasott áramerősség értéke maximális legyen! Írd fel az I W maximális áramerősség értékét a sárga válaszlapra! (B.Q6.A: 0,5 pont) A további leolvasások során ügyelj arra, hogy az előbb beállított fotodióda és kémcső pozíció ugyanaz maradjon! 8. Vedd ki a kémcsövet az akrilberendezésből és öntsd ki belőle a vizet! 9. Tegyél 5 ml vizet az ED-vel jelölt kémcsőbe, majd a W fecskendő segítségével adj hozzá 5 ml tejet! Finom rázogatással keverd össze a kémcső tartalmát! Töröld le a kémcső külső oldalát a törlőkendővel, hogy biztosan száraz legyen! Óvatosan helyezd a kémcsövet az akrilberendezés megfelelő helyére és írd fel a mért áramerősséget, I 0 -t a sárga válaszlapra! (B.Q6.B: 0,5 pont) 10. Tartsd a stoppert készenlétben! 11. A TE jelű fecskendő segítségével adj 1 ml tripszint a tejmintához a kémcsőbe! Egy műanyag cseppentővel alaposan keverd el! Győződj meg róla, hogy a kémcsőtartó az eredeti helyén áll (ahol a korábbi leolvasások is történtek)! 12. Gyorsan indítsd el a stopperórát! 13. Olvasd le az áramerősség értékét 15 másodpercenként és írd fel a mért értékeket a sárga válaszlap B.3 táblázatába! Page 10

11 14. Az áramerősség értékek mérést folytasd 7 percig! 15. Öntsd ki az oldatot és mosd ki a kémcsövet! (B.Q7: 2,0 pont) Grafikonkészítés Készíts grafikont az áramerősségről az idő függvényében a válaszlapon megadott koordinátarendszerben! Kérdések (B.Q8: 3,5 pont) Jelöld a grafikonon K-val azt a pontot, ahol a kazeinkoncentráció maximális, L-el azt a pontot, ahol a kazeinkoncentráció minimális és M-mel azt a pontot, ahol a kazeinkoncentráció a minimum és a maximum között épp a felénél van! (B.Q9: 1,0 pont) Ha az áramerősség növekedése egyenesen arányos a megemésztett kazein mennyiségével és a maximum áramerősség a kazein teljes emésztéséhez tartozik, a grafikon segítségével állapítsd meg, hogy mennyi idő szükséges az 50 %-os emésztéshez! (B.Q10: 1,0 pont) Page 11

12 B3 A tej kalciumtartalmának mérése A tej kalciumtartalma egy speciális titrálási módszerrel határozható meg, melyben reagensként Na 2 EDTA-t használunk. Az Na 2 EDTA fémionokkal 1:1 arányban reagál, függetlenül a fémion töltésétől. Indikátorként ezekben a titrálásokban úgynevezett fémion-indikátorokat használunk. Ebben a kísérletben eriokrómfekete-t-t (EBT) használunk indikátorként. A következők állnak rendelkezésedre: Címkéje... A rendelkezésre álló mennyiség Tripszin-kezelt tej CM 100 ml-es mérőlombikban Víz 100 ml-es üveg főzőpohár HM 1 10 ml-es osztott fecskendő CM 1 Annyi, mint B1-nél 100 ml-es Erlenmeyer-lombik HM 1 10-es ph-jú pufferoldat BF 3 db 5 ml-es csavaros kupakú kémcső Cseppentő 1 Eriokrómfekete-T indikátor EBT Cseppentős üveg 25 ml-es büretta (állványon) 1 Na 2 EDTA oldat EDTA 80 ml műanyag palackban ( mol/dm 3 -es) Tölcsér 1 A gyakorlat leírása: 1. Töltsd fel a bürettát a Na 2 EDTA-oldattal a tölcsér segítségével! 2. Olvasd le a folyadék kezdeti szintjét a bürettában, írd fel a sárga válaszlap B.4 táblázatába! 3. A kapott tripszin-kezelt tejet hígítsd fel vízzel a jelig a CM mérőlombikban. Készítsd elő a stoppert és keverd össze jól az oldatot, hogy homogén legyen! 4. Öntsd át a homogenizált oldatot a HM-mel jelölt főzőpohárba. 5. A CM fecskendővel tegyél 10 ml homogenizált oldatot a HM Erlenmeyer-lombikba. 6. Tegyél bele 10 ml vizet a W fecskendővel! 7. A rendelkezésedre álló egyik BF jelű puffer teljes mennyiségét öntsd bele! 8. Adj hozzá 5 csepp EBT indikátort a cseppentős üvegből! Az oldat színe pirosra (rózsaszínes pirosra) fog változni. Page 12

13 9. Titráld a HM Erlenmeyer-lombikban lévő oldatot a bürettában lévő Na 2 EDTA-val. A titrálást addig folytasd, amíg az oldatban a kezdeti szín lilára változik, majd éppen megjelenik a kék szín (ez a titrálás végpontja)! 10. Írd fel a folyadék szintjét a bürettában a sárga válaszlap B.4 táblázatába! 11. Ismételd meg a titrálást még kétszer! 12. A leolvasott értékeket írd megfigyelésekhez a sárga válaszlap B.4 táblázatába! 13. Számítsd ki az I., II., III. esetben a titráláshoz felhasznált oldattérfogatot! Írd fel az értékeket a B.4 táblázatba a sárga válaszlapon! 14. Számítsd ki az átlagtérfogatot! (B.Q11: 3,5 pont) Kérdés: Határozd meg milligrammban a Ca 2+ -ionok mennyiségét a 10 ml oldatban (a Ca relatív atomtömege 40)! (B.Q12: 1,0 pont) Page 13

14 Piszkozati munka Page 14